MATLAB8.5教程第5章绘图及可视化.ppt
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1、MATLAB不仅具有强大的数值运算功能,同时具备非常便利的绘图功能。尤其擅长将数据、函数等各种科学运算结果可视化,使枯燥乏味的数字变成赏心悦目的图片。本章重点二维图形绘制三维图形绘制特殊图形绘制,第五章 绘图及可视化,5.1 二维图形绘制,二维图形的绘制是MATLAB语言图形处理的基础。本节较全面的介绍二维绘图函数的种类和格式,以及如何设置线条属性和标注图形等方法。,5.1.1 基本绘图函数,MATLAB中最常用的绘图函数为plot,根据不同的坐标参数它可以在二维平面上绘制出不同的曲线。格式:plot(X,Y)%X、Y为同维向量时,绘制以X、Y元素为横、纵坐标的一条曲线;X为列向量,Y为矩阵时
2、,按Y列绘出多条不同颜色的曲线,X为这些曲线共同的横坐标plot(X,Y,LineSpec)%参数LineSpec指出线条的类型、点标记和颜色plot(X1,Y1,X2,Y2,)%当Xi与Yi成对出现,将分别按顺序取两数据Xi 与Yi进行画图plot(X1,Y1,LineSpec1,X2,Y2,LineSpec2,)%绘制多条不同线型的曲线plot(,PropertyName,PropertyValue,)%对图形对象中指定的属性进行设置,5.1.1 基本绘图函数,说明:允许用户对线条定义的属性有以下几种。(1)线型、颜色和标记类型:参数LineSpec用字符串表示,定义线条的线型、标记符号和
3、颜色三个属性,如表5-1所示。使用时可以任意选择一个、多个或不选,三类字符不分前后次序。(2)线条宽度LineWidth:指定线条的宽度,取值为整数(单位为像素点)。(3)标记大小MarkerSize:指定标记符号的大小尺寸,取值为整数(单位为像素)。(4)标记面填充颜色MarkerFaceColor:指定用于填充标记符面的颜色。(5)标记周边颜色MarkerEdgeColor:指定标记符颜色或者是标记符周边线条的颜色。,5.1.1 基本绘图函数,5.1.2 图形标注,1坐标轴名格式:xlabel(string)%给当前轴对象中的x轴贴标签 ylabel(string)%给当前轴对象中的y轴贴
4、标签2图名格式:title(string)%在当前坐标轴上方正中央放置字符串string作为标题3图例格式:legend(string1,string2,)%用指定的文字string在当前坐标轴中对所给数据的每一部分显示一个图例。用户可以用鼠标拖动图例到恰当的位置,双击标签可以进入标签编辑状态,5.1.3 图形控制命令,1坐标控制(1)范围设置在绘制图形时,MATLAB可以自动根据要绘制曲线数据的范围选择合适的坐标刻度,使得曲线尽可能清晰地显示出来。若要改变坐标轴的刻度,可使用下面的格式。格式:axis%控制轴线分度和外观axis(xmin,xmax,ymin,ymax)%设定图轴中x、y轴的
5、范围axis auto%自动设置坐标轴,使图像显示最佳(默认状态)axis square%使用正方形坐标系axis equal%纵、横坐标轴采用等长刻度axis tight%将坐标轴设置在数据点范围之内axis manual%保持当前坐标轴刻度范围 axis normal%使用默认矩形坐标系,取消单位刻度的限制axis fill%在manual方式下有效,使坐标充满整个绘图区axis ij%把坐标原点设置在左上角,坐标轴i垂直向下,坐标轴j水平向右axis xy%使用直角坐标;坐标原点在左下角,恢复默认状态axis on%打开坐标轴标签、刻度及背景axis off%取消坐标轴标签、刻度及背景,
6、5.1.3 图形控制命令,(2)坐标轴刻度设置对一些问题有时需要用户自己选择刻度位置,或在刻度处需要用字符串标出,这就要求用户自己设计坐标轴刻度。格式:gca%获取当前坐标轴对象句柄值XTick/YTick%设置刻度位置XTickLabel/XTickLabel%设置坐标轴标签set(gca,XTick,0 1 2)%设置X坐标轴刻度数据点位置set(gca,XTickLabel,a,b,c)%设置X坐标轴刻度处显示的字符set(gca,YTick,0 0.5 0.75 1)%设置Y坐标轴刻度数据点位置set(gca,YTickLabel,a,b,c,d)%设置 Y坐标轴刻度处显示的字符,5.
7、1.3 图形控制命令,2网格线控制格式:grid on%给当前的坐标轴增加格线 grid minor%切换成最小的网格线 grid off%从当前的坐标轴中去掉格线 grid%在on和off状态下交替切换3边框线控制格式:box on%给图形加边框线 box off%给图形不加边框线4清除图形窗口格式 clf%清除所有当前图形窗口,5.1.4 迭加绘图,格式:hold on%保留当前图形与当前坐标轴的属性值,后面的图形命令只能在当前%存在的坐标轴中增加图形hold off%在画新图形之前,重新设置坐标轴的属性为缺省值,关闭hold on功能hold%在on与off之间转换。即在增加图形与覆盖图
8、形之间切换hold all%保留当前颜色和线型,在绘制随后的图形时就使用当前的颜色和线型,5.1.5 多子图,在同一图形框内布置几幅独立的子图。格式:subplot(m,n,k)%将一图形窗口分成mn个小窗口(子图),k是子图的编号,序号原则是:左上方为第一幅,向右、向下依次排号 subplot(Position,left bottom width height)%在由4个元素指定的位置上创建一坐标轴,5.1.6 多个图形窗口,格式:figure(n)%创建新的图形窗口,或显示当前图形窗口。n是这个窗口的编号,每当形成一个新窗口的时候就用一个数字来标注它,这个图形句柄被显示在图形窗口的标题栏上
9、。其中figure(1)是默认值,不需声明,5.1.7 对数比例坐标轴,格式:loglog(x,y)%双对数坐标,在x轴、y轴按对数比例绘制二维图形 semilogx%半对数坐标,在x轴对数比例、y轴按线性比例绘制二维图形 semilogy%半对数坐标,在y轴对数比例、x轴按线性比例绘制二维图形,5.1.8 双纵坐标轴,格式:plotyy(x1,y1,x2,y2)%绘制双纵坐标二维图形,x1和y1所对应的图形的纵坐标标注在图形的左边,x2和y2所对应的图形的纵坐标标注在图形的右边,5.1.9 泛函绘图,泛函绘图fplot是采用自适应算法来动态决定自变量的间隔,当函数值变化缓慢,离散间隔取大一些
10、,函数值变化剧烈,离散间隔取小一些,从而很好地反映函数的变化趋势。格式:fplot(FUN,LIMS)%在LIMS指定范围xmin xmax或xmin xmax ymin ymax内绘制函数FUN图形fplot(FUN,LIMS,TOL)%在LIMS指定范围,tol规定的相对误差允许(默认值为2e-3)内绘制函数FUN图形fplot(FUN,LIMS,LineSpec)%在LIMS指定范围,LineSpec 规定的线型、颜色、标志等属性下绘制函数FUN图形fplot(FUN,LIMS,N)%在LIMS指定范围内,至少绘制N+1个点函数FUN图形,5.1.10 简易函数绘图,格式:ezplot(
11、FUN)%对于显函数FUN(X),在-2X2(缺省)上绘制图形;对于隐函数FUN2(X,Y)=0,在-2X2,-2Y2(缺省)上绘制图形ezplot(FUN,A,B)%在指定范围AXB上绘制FUN图形;在范围AXB,AYB上绘制 FUN2(X,Y)=0图形ezplot(FUN2,XMIN,XMAX,YMIN,YMAX)%在XMINXXMAX,YMINYYMAX上绘制FUN2(X,Y)=0图形ezplot(FUNX,FUNY)%在缺省范围0T2内绘制参数形式函数FUNX(T)与FUNY(T)的图形ezplot(FUNX,FUNY,TMIN,TMAX)%在指定范围TMINTTMAX内绘制函数FUN
12、X(T)与FUNY(T)的图形,5.1.11 交互式图形命令,(1)gtext命令格式:gtext(string)%当光标位于一个图形窗口内时,等待用户单击鼠标或键盘。若按下鼠标或键盘,则在光标的位置放置给定的文字“string”(2)ginput命令格式:x,y=ginput(n)%用鼠标从图形上获取n个点的坐标(x,y)说明:ginput命令将当期图形从后台调到前台,鼠标光标变为十字叉。移动鼠标将十字叉移到待取坐标点,单击鼠标左键,便获得该点坐标。依次获得其余点的坐标,直到获得n个点数据之后,图形窗口退回后台。,5.2 三维图形绘制,在实际问题中常常需要将结果表示成三维图形,MATLAB
13、语言为此提供了相应的三维图形的绘制功能。这些绘制功能与二维图形的绘制有很多类似之处,其中曲线的属性设置完全相同。,5.2.1 获取数据点矩阵,1网络坐标的矩阵生成将向量转换成网络坐标的矩阵的函数为meshgrid。格式:X,Y=meshgrid(x,y)%生成二元函数z=f(x,y)在x-y平面上的矩形定义域数据点矩阵X和YX,Y,Z=meshgrid(x,y,z)%生成三元函数u=f(x,y,z)中立方体定义域中的数据点矩阵X、Y和Z2多峰函数的数据点矩阵格式:X,Y,Z=peaks(n)%X、Y的定义区域为-3,3-3,3,生成nn的矩阵Z,n的默认值为49,5.2.1 获取数据点矩阵,3
14、圆柱体的数据点矩阵格式:X,Y,Z=cylinder(R,n)%返回坐标矩阵,返回的坐标形成圆柱体或圆锥体表面。R是一个向量,存放柱面各个等间隔高度上的半径;n表示在圆柱周上有n个等距离的间隔点4球体的数据点矩阵格式:X,Y,Z=sphere(n)%返回坐标矩阵X、Y和Z,其个数都为(n+1)(n+1)个,构成单位球体上的n个等距坐标。n默认值为20,5.2.2 曲线图,1曲线图的绘制格式:plot3(x,y,z)%绘制x、y、z为同维向量组的一条三维曲线plot3(X,Y,Z)%X、Y、Z为同维矩阵组,分别以X、Y、Z对应列的数组绘制多条三维曲线plot3(X,Y,Z,s)%s表线型、标记符
15、号和颜色的字符串plot3(x1,y1,z1,s1,x2,y2,z2,s2,x3,y3,z3,s3,.)%绘制多条三维曲线说明:常用于绘制一个单变量的参数曲线x=x(t)、y=y(t)与z=z(t)的三维函数图形。,5.2.2 曲线图,2简易三维曲线图格式:ezplot3(FUNX,FUNY,FUNZ)%在区间0T2(缺省值)内绘制函数FUNX(T)、FUNY(T)和FUNZ(T)的空间曲线ezplot3(FUNX,FUNY,FUNZ,TMIN,TMAX)%在TMINTTMAX上绘制空间曲线,5.2.3 曲面图,1表面图格式:surf(X,Y,Z,C)%绘制由C指定颜色的三维表面图,X、Y、Z
16、、C都是矩阵 surf(X,Y,Z)%默认时C=Z,表面色彩由Z决定,X、Y可以是向量或矩阵surf(X,Y,Z,PropertyName,PropertyValue,.)%设置指定表面属性及属性值,5.2.3 曲面图,2简易三维曲面图格式:ezsurf(FUN)%绘制函数FUN(X,Y)在区域-2X2,-2Y2(缺省值)的曲面图ezsurf(FUN,DOMAIN),%DOMAIN为 XMIN,XMAX,YMIN,YMAX或A,B,A X B,A Y Bezsurf(FUNX,FUNY,FUNZ)%绘制函数FUNX(S,T)、FUNY(S,T)和 FUNZ(S,T)在区域-2S2,-2T2(缺
17、省值)上的曲面图 ezsurf(FUNX,FUNY,FUNZ,SMIN,SMAX,TMIN,TMAX)ezsurf(FUNX,FUNY,FUNZ,A,B)%指定区域绘制参数形式的曲面图形,5.2.4 网格图,1Mesh画网格曲面格式:mesh(X,Y,Z,C)%绘制由C指定颜色的网格图,X、Y、Z、C都是矩阵mesh(X,Y,Z)%默认时C=Z,表面色彩由Z决定,X、Y可以是向量或矩阵mesh(X,Y,Z,PropertyName,PropertyValue,.)%设置指定表面属性及属性值说明:矩阵C表示颜色,具体使用时可以把它看做X、Y、Z的函数,即C=fun(X,Y,Z)。为了方便使用可直
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